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EtherCAT:LxWin实时扩展方案


Windows系统是当前面向用户应用最多的操作系统之一,该系统配套有成熟且丰富的软件开发程序,如Eclipse和Visual Studio等。然而,Windows操作系统由其特性决定了其不能保证系统行为的确定性和可预测性,难以直接应用于实时领域,此时,则需要对Windows进行实时扩展。为帮助客户更好地进行开发,北京盟通科技将向您介绍和推荐不同场景下的Windows实施扩展产品,为您的开发提供更多选择。


LxWin
实时Hypervisor:

Windows + Real-time Linux

现今,Linux已经成为最流行的实时操作系统。得益于其确定性的硬实时能力,完善的开发工具和配套的板级硬件驱动和软件的支持,吸引了众多领先的工业控制器制造商使用它开发产品。典型应用包括带有高实时性需求的PLC、运动控制、数控系统

使用LxWin Hypervisor可以Windows和非常快速的实时Linux并行运行,面对大量的Linux驱动程序:现场总线控制器、GigE摄像机系统、通信协议栈EtherCATProfinet,OPC,OPC UA,TSN等)或复杂的软件解决方案(例如CNC控制器或PLC)时,客户可以直接使用这些驱动程序,不需要重新在LxWin下重新进行任何更改。

在上述案例中,客户通常需要构建多种跨操作平台、应用于不同形式对象的应用方案,在这类客户应用方案中客户需要分别部署基于Windows的GUI系统和基于Linux的控制器两个独立的部分,LxWin对此需求解决方法则是将应用整合到单个硬件上进而让用户能使用更为熟悉的Eclipse或Microsoft Visual Studio(从VS 2015开始)等软件来完成设计(点此了解下载Eclipse或者Microsoft Visual Studio )

 acontis 公司的Windows实时扩展方案包括两个重要的组成部分。首先,实现环境可以在不同的实时操作系统之间选择。我们推荐用户使用Linux RT Preempt或RTOS-32 Ontime系统作为实时环境。当然客户也可以选择VxWorks、QNX、WinCE以及自行开发实时操作系统作为实时环境。

 

1 LxWin设计思想


LxWin 系统预览

 

2 实时环境框架图

2是选择Real Time Linux 作为实时环境的框架示意图。控制器厂商在Windows上开发的非实时应用程序和客户图形界面可以继续保留在Windows系统下,而EtherCAT主站、运动控制算法等实时应用需要运行在Linux RT Preempt实时环境中。图2中同样可以看出,Windows操作系统和实时Linux系统被隔离在不同的CPU核和不同的内存空间中,两个操作系统相互独立,并分别独立控制被分配给其的硬件。隔离带来的好处显而易见,两个系统的隔离可以在一个系统出现异常时,比如Windows被某个应用阻塞或者蓝屏,实时Linux下的应用程序将继续正常运行而不受Windows故障状态的影响。LxWin方案对实时应用程序部分和非实时Windows部分设置了隔离的方法。 LxWin在hypervisor基础上嵌入了Linux硬实时内核。 该hypervisor环境是关键,可确保实时性能以及与Windows的隔离。


重要特性

LxWin有以下重要特性:

- 支持实时Linux-32位和64位

- 支持Linux Yocto

- 可以在一个或多个CPU内核上运行Linux;

- 快速中断处理和极短线程延迟

- 在Windows蓝屏发生后,Linux继续运行而且没有实时损

- 支持Windows 7,8,10-32/64位

- 可选用英特尔®VT,VT-d硬件虚拟化以增强鲁棒性

- 第三方Linux应用程序和驱动程序无需修改即可运

- 搭建Windows和Linux之间的虚拟网络连接(用于应用程序级TCP/IP通信和本地调试)

- 共享内存,事件,互锁数据访问,可实现应用级高速通信

- 可以实现更高级别的Windows/Linux通信:管道,消息队列和实时套接字

- 支持TSN协议栈集成acontis technologies的EtherCAT主站协议栈解决方案

使用LxWin的优势

硬件整合

- 节省了第二个控制系统或者功能扩展卡;

- 随着硬件组件的减少,增加了MTBF(平均无故障时间);

- 可以搭建更紧凑的控制器。

软件整合

- 与Linux完全兼容的快速学习曲线;

- 使用功能强大的开发工具(Visual Studio,Eclipse)对实时应用程序,通信协议和GUI进行编程;

- 可重用现有的Linux软件。

可扩展性

- 将现有Linux应用程序集成到Windows环境中,无需额外的硬件成本;

- 在嵌入式系统上使用相同的Linux应用程序,例如,基于ARM体系结构的应用。


典型应用

- 基于PC的自动控制(PLC,运动控制、其他控制器);

- 实时数据测试和数据采集;

- 在同一台PC上通过添加Windows功能来扩展现有的Linux应用程序;

- Linux原型:在具有完全硬件访问权限的常规PC上开发和测试Linux软件。

LxWin 截图

      Windows实时扩展使用Linux RT Preempt作为实时环境,因此这个解决方案被命名为LxWIN。LxWIN包含了已经做过实时性能优化的实时Linux系统,使用Visual Studio作为应用开发IDE,以及图形化配置界面,如图3所示。即使缺乏Linux经验的用户,也可以在较短的时间内开发标准的EtherCAT应用。

 

3.LxWIN图形化配置界面

LxWin方案运行如图4:

Windows启动后启动Linux

在调试终端上打印Linux启动信息

Linux使用虚拟网络作为调试接口

通过Linux控制Intel PRO/1000网卡

 

4.LxWin运行过程

架构

 

5.LxWIN体系架构


支持与服务

如您对相关产品感兴趣,我们将为您提供专业的技术指导,开发控制系统时如果需要,我们可以为您提供完整的系统集成解决方案针对性地满足您的差异化需求。

同时,我们可以为您提供方案设计和咨询服务对您的系统进行性能分析和优化为您开发最新的以太网网络驱动程序和软件等,欢迎您就具体事宜和具体需求与我们沟通和联系